Custom Search

miercuri, 27 aprilie 2011

Reactia de neutralizare

Termenul de reactie de neutralizare este atribuit de obicei reactiei dintre un acid si o baza. Aceasta reactie reprezinta de fapt un caz particular al reactilor protolitice. Dupa teoria lui Brönsted-Lowry, procesul neutralizarii se explica astfel:
Hidroxidul de sodiu este un electrolit disociat in solutie in ioni Na+ si OH-. Acidul clorhidric, ca electrolit potential, genereaza in apa ioni H3O:
HCl + H2O H3O+ + Cl-
Ionul H3O+, cel mai puternic acid in solutia apoasa, reactioneaza cu ionul OH-, cea mai puternica baza in solutie apoasa:
H3O+ + OH- 2H2O
Termenul de neutralizare a fost extins sa includa toate reactiile protolitice intre un acid conjugat si o baza conjugata proveniti de la aceeasi substanta. In acest sens reactia:
NH4+ + NH2+ NH3 + NH3
reprezinta o reactie de neutralizare intre NH4+, acidul conjugat al NH3, si NH2-, baza conjugata a aceleiasi molecule.
Pe reactii de neutralizare se bazeaza titrarile acido-bazice. Neutralizarea se produce cand acidul si baza se gasesc in cantitati echivalente. Pot fi titrate:
- un acid tare cu o baza tare, de exemplu HCl si NaOH
- un acid slab cu o baza tare, si invers, de exemplu CH3-COOH cu NaOH
- un acid slab cu o baza slaba, si invers, de exemplu CH3-COOH cu NH4OH.
La titrarea unui acid tare cu o baza tare, punctul de echivalenta, cand se produce neutralizarea, coincide cu punctul neutru, adica pH = 7. La titrarea unui acid slab cu o baza tare sau la titrarea unui acid tare cu o baza slaba, punctul de echivalenta are alte valori de pH. La titrarea unui acid slab cu o baza slaba, care are aceeasi tarie, punctul de echivalenta coincide cu punctul neutru.
Deoarece reactantii nu participa la titrare nu produc o modificare de culoare, de cele mai multe ori in solutie se adauga un indicator adecvat. La apropierea punctului de echivalenta, cand se produce neutralizarea, pH-ul solutiei se schimba brusc si deci culoarea indicatorului se modifica.
Caldura de neutralizare. La neutralizarea unui acid tare cu o baza tare, entalpia de neutralizare este independenta de natura acidului si a bazei; ea are valoarea –57,36 kJ*val-1 (-13,7 kcal*val-1) la 20°C.
Entalpiile de neutralizare a acizilor slabi sunt mai mici deoarece protonul nu este cedat de H3O+ ci de acidul slab. De exemplu, cand se neutralizeaza H2S cu NaOH, protonul este cedat de H2S, deci se rupe alta legatura decat legatura O-H. situatia este similara la baze slabe.
Indicatori. Un indicator este un acid (sau o baza) care are o culoare diferita de baza conjugata (sau acidul conjugat). Schimbarea culorii este legata de o modificare de structura. Daca, de exemplu, se reprezinta forma acida a indicatorului prin HIn si forma lui bazica prin In-, se poate scrie relatia:
HIn + H2O H3O+ + In
prin care conditia de echilibru este:
CH2O- * CIn+ CHIn CH2O+
= KI sau = ,
CHIn CIn- Ki
de unde:
CHIn
Lg = lg H3O+ - lg Ki = pKi – pH.
CIn-
Prin Ki s-a notat constanta indicatorului, iar prin pKi s-a notat exponentul indicatorului.
Indicatorul trebuie adaugat in solutie in cantitati atat de mici incat [H3O+] sa fie determinat de ceilalti constituenti ai solutiei: raportul CHIn/CIn-, care determina culoarea, este atunci determinat de pH-ul solutiei. De exemplu, in cazul metiloranjului, daca CHIn > CHIn-, solutia este rosie; daca CIn- > CHIn, solutia este galbena; daca CHIn si CIn- sunt comparabile, solutia este portocalie.
La o titrare acid-baza se observa deci un domeniu de pH in interiorul caruia se produce o schimbare de culoare; acest domeniu se numeste interval de viraj. Fiecare indicator are intervalul sau de viraj.
In tabelul I sunt aratati unii indicatori acid-baza, culorile lor si intervalele de viraj.
Indicatorii se folosesc sub forma de solutii. De multe ori, pentru recunoasterea daca o solutie este acida sau bazica se folosesc hartii impregnate cu un indicator.

Tabel I
Indicatori acid-baza


INDICATOR
CULOARE DOMENIU DE PH
ACID BAZA
Metilviolet verde violet 0-2
Metilorange rosu galben 3-4,5
Rosu de metil rosu galben 4-6
Albastru de bromtimol galben albastru 6-8
Turnesol rosu albastru 5-8
Fenolftaleina incolor rosu 8-10



Titrarea acidului cu baza

Titrarea este operatia folosita pentru determinarea unei substante chimice prin masurarea volumului dintr-un reactiv dat de concentratie cunoscuta, care reactioneaza cantitativ cu substanta respectiva.
Se ia o solutie apoasa de acid tare [H2SO4,HCl] cu o solutie apoasa de baza tare (NaOH,KOH) de concentratie 10-1 N.(in calcul s-a neglijat variatia de volum).
Acidul fiind tare, va fi total ionizat, deci concentratia in ioni hidrogen va fi egala cu concentratia acidului:
[H+] = 10-1, iar pH = 1.
Daca se neutralizeaza 50% din aceasta cu o baza tare, [H+] se va reduce la: [H+] = 50/100 * 10-1; pH = 1,30.
Daca se neutralizeaza 90% din acid cu baza:
[H+] = 10/100 * 10-1 = 10-2; pH = 2.
Daca s-a neutralizat 99% din acid, [H+] va fi:
[H+] = 1/100 * 10-1 = 10-3; pH = 3.
Daca s-a neutralizat 99,9% din cantitatea initiala de acid:
[H+] = 1/1000 * 10-1 = 10-4; pH = 4.
La neutralizarea completa a acidului:
[H+] = 10-7; pH = 7.
Daca se continua adaugarea de baza in exces de 0,1%,
[HO-] = 1/1000 * 10-1 = 10-4; [H+] = 10-10; pH = 10.
Pentru un exces de baza de 1%:
[HO-] = 1/100 * 10-1 = 10-3; [H+] = 10-11; pH = 11.
Pentru un exces de baza de 10%:
[HO-] = 1/10 * 10-1 = 10-2; [H+] = 10-12; pH = 12.
Trecand intr-un tabel date privind neutralizarea unui acid tare de concentratie 10-1 N cu o baza de concentratie 10-1 N se obtine:
Tabelul II

ACID NEUTRALIZAT %
[H+]

PH
ACID NEUTRALIZAT %
[H+]
pH
0,0 10-1 1 Exces de baza
90,0 10-2 2 0,1 10-10 10
99,0 3 1,0 10-11 11
99,9 4 10,0 10-12 12
100,0 7

Aceste date se pot inscrie intr-un grafic, unde pe ordonata se trec valorile pH-ului, iar pe abscisa cantitatile de acid si baza utilizate. Unind diferite puncte figurate se obtine curba de neutralizare. Curbele de neutralizare servesc pentru determinareapunctului in care neutralizarea are loc complet. Acest punct este numit punctul de echivalenta si serveste in determinarea cantitativa a acizilor si bazelor. Punctul de echivalenta se sesizeaza cu ajutorul indicatorilor.

Curba de neutralizare a unui acid tare cu o baza tare

14 –pH echiv.
13 –
12 –
11 –
10 –
9 –
8 –
7 –
6 –
5 –
4 –
3 –
2 –
1 –

90% 100% 10%
acid neutralizat exces de baza
Titrarea acidului clorhidric (HCl) cu hidoxid de sodiu (NaOH)
In paharul Erlemeyer se introduc 10 ml HCl, cu concentratia 10-1 N si doua picaturi de fenolftaleina. Se titreaza solutia de HCl din pahar cu NaOH din biureta pana cand prima picatura de NaOH adaugata, coloreaza solutia in roz slab persistent timp de un minut.




Sol. NaOH




10 ml HCl
+ fenolftaleina






Cacid * Vacid – Cbaza * Vbaza
[H+] =
Vacid + Vbaza adaugata
Vbaza exces * Cbaza Cbaza * Vbaza – Cacid * Vacid
[HO-] = =
Vacid + Vbaza Vacid + Vbaza
[H+] = (10-1 * 10 – 10-1 * x)/(10 + x) = 10-1 * [(10 - x)/(10 + x)]
pH = -lg 10-1 – lg [(10 - x)/(10 + x)] = 1 – lg[(10 - x)/(10 + x)]
[OH-] = [10-1(x - 10)]/(x+10)
pOH = 1 – lg[(x-10)/(x + 10)]
pH = 14 – pOH = 13 + lg[(x - 10)/(x + 10)]
Prin titrare volumul bazei adaugate a rezultat 10,2 ml (54,0 – 43,8).





Tabel III

Vsol NaOH adaugat pH
0 1
1 1,087
2 1,18
3 1,26
4 1,36
5 1,47
6 1,60
7 1,75
8 1,95
9 2,27
9,9 3,29
9,99 4,30
9,999 5,301
10 7
10,01 10,69
10,1 10,99
11 11,67
12 11,95
13 12,11
14 12,22
15 12.3


Titrarea bazei cu un acid



Titrarea hidroxidului de sodiu (NaOH)cu acidul clorhidric(HCl)
In paharul Erlemeyer se introduc 10 ml NaOH, cu concentratia 10-1 M si doua picaturi de fenolftaleina. Se titreaza solutia de NaOH din pahar cu HCl din biureta pana cand prima picatura de HCl adaugata, coloreaza solutia.




Sol. HCl
10-1 M



10 ml NaOH
+ fenolftaleina







Cbaza * Vbaza – Cacid * Vacid
[HO-] =
Vacid +Vbaza
Vacid exces * Cacid
[H+] =
Vacid +Vbaza







Tabel IV

Vsol HCl adaugat pH
0 1
1 1,087
2 1,18
3 1,26
4 1,36
5 1,47
6 1,60
7 1,75
8 1,95
9 2,27
9,9 3,29
9,99 4,30
9,999 5,301
10 7
10,01 10,69
10,1 10,99
11 11,67
12 11,95
13 12,11
14 12,22
15 12.3





BIBLIOGRAFIE: Chimie Anorganica,
de Edith Beral si Mihai Zapan

0 comentarii:

Trimiteţi un comentariu

 
Design by Wordpress Theme | Bloggerized by Free Blogger Templates | JCPenney Coupons